PTN與MSTP的技術對比及PTN技術在溫州軌道交通的應用探討

潘圣凱

【摘要】? ? 對MSTP與PTN技術做了對比，以溫州市域鐵路S1線專用通信傳輸系統為例，通過分析城市軌道交通通信業務需求，以及TDM業務在PTN網絡中的PWE3仿真實現技術、時延特性等，闡明了PTN技術完全能夠滿足溫州市域鐵路S1線以太網業務和TDM業務需求。

【關鍵詞】? ? 城市軌道交通? ? 分組傳送網? ? 基于SDH 的多業務傳送平臺? ? 時分復用? ? 時延

一、引言

城市軌道交通通信傳輸系統是通信系統中最重要的子系統，是組建城市軌道交通通信網絡的骨干與基礎，是連接控制中心、車輛段、車站之間信息傳輸的主要手段，其特點是需要承載包括語音、數據、圖像等多元化業務類型的信息，為所承載的業務提供一個完善的、綜合的、一體化的網絡平臺。

二、主流傳輸技術簡述

2.1 MSTP技術的主要特征

MSTP，是Multi-service transport platform（多業務傳送平臺）的縮寫，是基于同步數字系列（SDH）技術，同時實現時分復用（TDM）、異步轉移模式（ATM）、以太網等業務接入、處理和傳送功能，并提供統一網管的網絡。由于傳統SDH技術只支持電路交換和接入，該技術往往只用于傳送TDM的業務，而無法傳送寬帶頻繁變化的分組業務，而MSTP技術改進了傳統的SDH設備，它成功地接入多種不同的協議，可承載不同顆粒大小的業務。

下面簡述下MSTP的四個發展階段：

第一代MSTP增加了點到點的以太網通路、ATM VP環，同時支持PPP映射，它的優點是提供了許多IP數據接口，保證了基于IP的數據業務可以在一個傳輸網絡平臺上完成傳輸。但其缺點也非常明顯：數據業務配置過程相對復雜、寬帶消耗嚴重以及映射成本昂貴、性能低;。

第二代MSTP（基于二層交換）在技術上做了改進，加進了IP技術的技術標準和部件，可以同時支持以下標準：X86 GFP、LCAS、802.3MAC交換、虛級聯。其技術缺點如下：沒有解決數據傳輸過程中的擁塞問題、成本昂貴、數據帶寬消耗依然嚴重;在支持802.3情況下，不能支持端到端的QoS保證;。

第三代MSTP（含RPR功能的MSTP）將RPR處理功能融入MSTP，MSTP借助于RPR功能可以妥善地解決好數據業務傳輸與語音兩者之間的沖突，實現了公平的帶寬分配、以太網帶寬的統計復用、更加嚴格的QoS以及更加安全的用戶隔離功能。

第四代MSTP引進了ASON這一功能，MEF UNI也開設出能夠自由傳送ASTN的控制臺，從而輕松地發現網絡的拓撲結構，實現全網帶寬動態的分配。

溫州市域鐵路S1線專用通信及公安通信皆采用了第三代內嵌RPR功能的MSTP技術搭建傳輸骨干網絡。但隨著承載業務對寬帶需求的不斷增加，考慮后續線路采用新的傳輸技術來搭建傳輸骨干網路也提上了日程。

2.2 PTN技術的主要特征

PTN，是Packet Transport Network（分組傳送網）的縮寫，其技術特點是在底層光傳輸媒質和IP業務之間設置了一個層面，針對分組業務流量的突發性和統計復用傳送的要求而設計，以分組業務為核心并支持多業務，提供具有更低的總體使用成本（TCO），同時秉承光傳輸的傳統優勢，包括高可用性和可靠性、搞笑的帶寬管理機制和流量工程、便捷的OAM網管、可擴展較高的安全性等。PTN支持多種基于分組交換業務的雙向點對點連接通道，其優點有以下四個方面：

1.提供了更加適合于IP業務特性的傳輸管道，適合各種粗細顆粒業務;

2.具備豐富的保護方式，遇到網絡故障時，能夠實現小于50ms的電信級業務保護倒換;

3.繼承了SDH強大的網管功能，具有點對點連接的管理體系，保證網絡具備保護切換、錯誤檢測和通道監控能力;

4.繼承了MSTP網絡在多業務、高質量、高可靠、可管理等方面的優勢，同時具備了以太網的低成本和統計復用特點。

2.3 MSTP與PTN的比較

三、溫州市域鐵路業務需求分析

以溫州市域鐵路S1線為例，其專用通信傳輸系統承載業務及帶寬需求如表2所示。

由表2可以看出，S1線工程專用通信傳輸系統綜合承載語音、數據和視頻業務，總計帶寬約3664Mb/s。其中，專用電話語音業務帶寬為54 Mb/s，僅占總帶寬的1.5%;以太網業務帶寬為3610 Mb/s，占總帶寬的98.5%。綜合以上業務需求分析，并考慮到系統保護所需帶寬，專用通信傳輸系統的容量按10Gb/s考慮。

PTN技術雖然滿足了溫州市域軌道S1線以太網業務的特點，但軌道交通仍存在少量TDM業務，如表2中專用電話系統，所以滿足TDM 業務的延時性能成為了PTN網絡能否在軌道交通應用的關鍵。

四、時延分析

不同業務信號對延時的敏感程度各不相同，對于軌道交通專用電話業務，當通道傳輸時延過大時，會使受話方等待時間過長，給人一種失去聯系的感覺，降低了用戶體驗。ITU-T協議中G.114和G.131描述了時延參數對電話業務的影響：正常情況下端到端通話150ms以下的時延，對于大多數用戶來說是可以接受的;在用戶預知的情況下，可以接受150ms到400ms之間的時延;但對于大于400ms的時延，就有10%的人感覺到通話困難，其語音質量基本上是不可接受的。因此對于城市軌道交通專用電話系統，200ms時延是一個合理的要求。

五、TDM電路仿真

PWE3是Pseudo Wire Emulation Edge to Edge（端到端偽線仿真）的縮寫，是在分組交換網絡上模擬各類點到點業務的技術，能為各類業務在分組交換網絡邊界提供端到端的業務仿真。圖1所示為PWE3的工作原理。其在邊緣源節點PE（運營商設備），采用PWE3技術適配從AC（接入鏈路）傳送來的客戶業務，封裝Tunnel（隧道）標簽與PW（偽線）標簽，然后通過復用到輸出端口的段層上來轉發。在路徑上的轉發節點PE按照封裝標簽進行包交換，將數據包沿標簽交換路徑逐條轉發直到傳至目的地PE節點。在目的節點識別標簽，并通過PWE3技術適配還原出客戶業務。

TDM電路仿真的基本思想就是在分組交換網絡上面搭建一個“通道”，網絡任一端的TDM 設備并不需要關心其所連接的網絡是否是TDM網絡，其實現方式是將TDM業務數據封裝進特殊的電路仿真報文頭，再以MPLS、IP等協議對封裝后的報文進行承載，通過相應的包交換網絡，到隧道出口后再進行解封裝，然后重建TDM電路交換業務數據流。在分組交換網絡上仿真傳送TDM業務，主要包括數據的幀格式、TDM業務數據、信令、告警和同步定時信息，幾個要素需要被運載到PW的另一端。承載E1電路仿真業務數據幀的裝載時間與E1級聯數有關，每一個E1幀為125us，可設置為0.125-5ms。

六、時延計算

TDM業務時延組成如圖2。

PTN在用電路仿真技術傳送E1業務時，會引入以下部分的時延。

Ta：封裝時延，與級聯數有關，每一個E1幀引入為125us。

Tb：緩存時延，與緩存設置有關，可調節，間隔亦為125us。

Tf：中間節點的轉發時延，每節點不大于50us。

Tl：光纖鏈路的時延，每公里光纖引入為5us。

端到端時延：⊿t=Ta+Tb+Tf*節點數+Tl。

由于S1線E1數量不多，完全可以封裝1幀，即源節點封裝時延為125us;緩存時延一般為緩存深度的一半，緩存設置為4ms，緩存時延為2ms;市域鐵路S1線共19個節點，最大轉發時延為950us;光纖長度按100km考慮，鏈路傳輸時延為500us。故S1線端到端最大單向時延為3.575ms。

根據《分組傳送網PTN總體技術要求》（YDT-2374-2011），在不考慮鏈路傳輸時延，且封裝緩存不小于4ms和封裝幀數不大于8幀的情況下，PTN網絡的TDM業務端到端的單向時延應小于4ms。

我們把SDH的每個節點產生時延按60us考慮。網絡上節點數量越多，PTN網絡時延與SDH網絡時延越接近，甚至會優于SDH網絡。若S1線采用PTN承載專用電話業務時，端到端時延約為3.575ms，與SDH差別不大，可以滿足專用電話業務對時延的要求。

七、結語

由上文可知，PTN完全可以滿足S1線各業務對傳輸系統的要求。在后續線路具體實施過程中，可以充分考慮采用PTN承載TDM業務的技術特點，通過合理的組織、配置網絡加以優化改進。

在城市軌道交通快速發展的今天，地鐵行業服務信息化、運營信息化、管理信息化的程度日趨加深，不斷有層出不窮的多元化業務被開發，增添到地鐵的傳輸系統中，傳統的傳輸技術必然不能適應新業務高帶寬、大顆粒的技術要求。而PTN 技術則憑借著其獨特的扁平化傳輸特點，輔以強大的網管及保護能力成為了未來地鐵行業傳輸系統的發展方向。

參? 考? 文? 獻

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